介孔二氧化硅SBA-15对聚合物膨胀阻燃的协效作用

论文摘要

由于含卤阻燃聚合物燃烧时对环境产生二次污染,后果严重。因而促进了无卤阻燃聚合物的长足发展。进入20世纪80年代无卤膨胀阻燃聚合物体系更显示了良好的应用前景。相比之下,无卤膨胀阻燃剂的添加量较含卤体系大,易吸潮,导致材料的性能有所下降。对膨胀阻燃体系的改性研究是目前阻燃领域研究的热点之一。由于介孔硅材料具有均匀的孔结构、大的比表面积和高孔隙率,很好的热稳定性和水热稳定性,而且具有一定的催化活性;同时,由于其在高温下燃烧过程中保持骨架的稳定性,可以起到稳定碳层的作用。本文将介孔二氧化硅SBA-15作为膨胀阻燃体系协效剂,分别添加到聚丙烯和聚苯乙烯基材中,制备得到聚合物/介孔硅功能复合材料,研究其阻燃性能,热稳定性及成碳性能。主要研究内容包括:（1）首先通过溶胶凝胶法,三嵌段共聚物P123为模板剂,以正硅酸四乙酯（TEOS）为硅源,在强酸性条件下一步法合成了具有二维六方有序孔道结构的介孔二氧化硅材料。通过XRD,TEM,SEM,氮吸附-脱附等表征方法,证明合成的介孔二氧化硅材料为SBA-15型。同时利用三甲基氯硅烷对其表面进行烷基化,改善其疏水性及其与有机高分子材料基体的相容性。（2）将（1）中烷基化的SBA-15添加到PP/IFR体系中,得到PP/IFR/SBA-15复合材料。LOI及UL-94测试表明,当SBA-15的添加量为1wt%时,体系的氧指数达到33.2,并通过UL-94 V-0;通过对复合材料的热力学分析,及残碳的扫描电镜、拉曼光谱等分析,进一步探讨SBA-15在体系的中的协效阻燃作用。（3）利用原位乳液聚合的方法,制备得到PSBA（PS/SBA-15）纳米复合材料。利用无机SBA-15粒子对PS进行改性,研究其力学及电学性能,增加无机/有机相的相容性,使无机粒子更均匀地分散于高分子基质内;同时着重研究了SBA-15在PSBA/IFR体系及PSBA/PP/IFR体系中的协效阻燃作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高分子材料的阻燃研究
• 1.2.1 高分子材料阻燃研究的意义
• 1.2.2 阻燃剂的分类
• 1.3 聚合物阻燃现状研究
• 1.4 聚苯乙烯/纳米复合材料的制备
• 1.4.1 聚合物/纳米复合材料的合成方法
• 1.4.2 聚苯乙烯/纳米复合材料
• 1.5 介孔材料简介及应用
• 1.5.1 介孔材料的合成机理
• 1.5.2 介孔材料的合成路线
• 1.5.3 介孔材料结构的控制
• 1.5.4 介孔材料的表征技术
• 1.5.5 介孔材料的应用
• 1.6 本课题提出的意义及研究内容
• 参考文献
• 第二章 介孔二氧化硅 SBA-15 的合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 介孔二氧化硅 SBA-15 的制备
• 2.2.3 介孔二氧化硅 SBA-15 的烷基化
• 2.2.4 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 介孔二氧化硅 SBA-15 的合成
• 2.3.2 介孔二氧化硅 SBA-15 的表面烷基化
• 2.4 本章小结
• 第三章 PP/IFR/ SBA-15 体系的膨胀阻燃作用研究
• 3.1 引言
• 3.2 原料、实验仪器及设备
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 主要实验仪器和设备
• 3.3 PP/IFR/SBA-15 复合材料的制备
• 3.4 测试与表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 LOI 测试及 UL-94 测试结果
• 3.5.2 热力学分析
• 3.5.3 残碳形貌分析
• 3.5.4 力学性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 PSBA 的合成及其膨胀阻燃体系研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与试剂
• 4.2.2 SBA-15 修饰
• 4.2.3 PS/SBA-15 原位聚合
• 4.2.4 PSBA/PP/IFR 复合材料的制备
• 4.3 测试与表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 PSBA 合成
• 4.4.2 PSBA 的膨胀阻燃研究
• 4.5 小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 致谢